套管强度校核全解

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Poe0.009mH 8
对于Po 技e 术0套.0管0非9全mH 8掏空的情况,有效(外0压≤H力≤为HL)
P o e0 .0[ 0 n H 9 L (8 n m )H ](HL<H≤HB)
一、套管外载分析与计算
全掏空与非(全a)掏全空掏两空种不同的情(况b下),非套全管掏柱空所受的有效外 压力不一样图。7-3 有效外挤压力对比示意图 对1于—全—掏外空压情力况,2—有—效支外撑压内力压是井力底最3—大—,有井效口外最压小力(为 零);
套管柱一般是由几段套管组成。在计算套管自重所产 生的轴向拉力时,通常需要计算的是各段套管顶、底 端的轴向拉力。显然,某段套管顶端的拉力即是其上
一、套管外载分析与计算
轴向拉力:
自重 浮力
W
3.轴向拉一力、套管外载分析与计算
轴向拉力计算方法:
当不考虑钻井液的浮力时,计算的是套管在空气中的重量;
目前国 内外所生产 的套管尺寸 及钻头及尺 寸已标准系 列化。套管 与其相应井 眼的尺寸配 合基本确定 或在较小范 围内变化。
二、套管强度
二、套管强度
1、套管基本参数
(2)套管壁厚与套管单位长度名义重量
套管壁厚指的是套管本体处套管壁的厚度,套 管壁厚有时又称为套管名义壁厚。套管壁厚也 已标准系列化
套管单位长度名义重量又称为套管公称重量, 指的是包括接箍在内的、套管单位长度上的平
二、套管强度
1、套管基本参数
(3)螺纹类型
套管螺纹及螺纹连接是套管质量的关键所在,与 套管的强度和密封性能密切相关。API标准的螺纹 类型有4种:
短圆螺纹(英文缩写STC) 长圆螺纹(英文缩写LTC) 梯形螺纹(英文缩写BTC)
全。P 所o以b,0.在0支0撑9s外w 8H 压力计算中一般无论是水泥面以
上还是水泥面以下均按地层盐水柱压力计算,即 :
2.内压力一、套管外载分析与计算
(3)有效内压力
由上所述,可得套管柱有效内压力的计算方法:
对于表层套管和技术套管: P ie P s 0 .00 (n 9 s 8 ) w H
k
Tk qi Li
1
当考虑钻井液的浮力时,计算的是套管在钻井液中的重量,
常简称为浮重。一般可用台阶法和浮力系数法计算
k
Tk qbi Li
1
其中
qb qBF
BF
1
m s
一、套管外载分析与计算
用台阶力法计算: 考虑浮力是集中作用在套管界 面变化的位置!
浮力的大小:
Tf=Ph*A
轴向力为:
T q/1 L0 0T f0
对于油层套管
P i e( P p 0 .00 o H o ) 9 0 .0 8( 0 s w 9 o ) H 8
油井:P iP p/e1.11 15 0 4(H BH )0.00s9 w H8
一、套管外载分析与计算
ρsw
ρn
ρsw
ρsw
ρo
曲线
注意图中,支撑外压和内压曲线的斜率变化。
外压力Po,但0难.0于0准9确m 计8Z算,因此从安全角度考虑现场
上一般将水泥面以下水泥环段的外压力也按钻井液液
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 (2)支撑内压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况,支 撑内压力为零。
对于技术套管非全掏空的情况,在漏失面以上(即井 深小于漏失面深度的套管段),支撑内压力为零,在 漏失面以下(即井深大于漏失面深度的套管段)作用 有管内钻井液液柱压力。
二是套管的尺寸、壁厚与螺纹连接型式按照API规范,但 使用特殊的套管钢级,这是为了解决套管腐蚀和高应力 问题。
2、套管强度二、套管强度
(1)套管强度
外载可分为三种,即作用在管柱外壁上的外挤压 力、作用在管柱内壁上的内压力和作用在管柱内 方向与管柱轴线平行的轴向拉力。 套管所具有的抵抗外载的能力称为套管强度 套管所能承受的最大外挤压力称为套管的抗挤强 度 套管所能承受的最大内压力称为套管的抗内压强 度
产生原因:
起下钻时速度变化产生的动载 阻、卡套管时提拉动载 摩擦动载 碰压动载 密度差产生的附加拉力
一、套管外载分析与计算 作用在套管上的主要载荷应是:
轴向力:自重、浮力 外挤压力 内压力
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 管外钻井液液柱压力:(水泥
不返到井口时,上部有一段套 管外为钻井液。该段套管称为 自由套管) 水泥浆液柱压力 地层中流体压力 易流动岩层的侧压力等
二、套管强度
1、套管基本参数
套管的基本参数为套管尺寸、套管壁厚 (或单位长度名义重量)、螺纹类型与套 管钢级。
(1)套管尺寸(又叫名义外径或公称直径):本
体外径
4-1/2”, 5”, 51/2”, 65/8”, 7”, 7-5/8”, 8-5/8”, 9-5/8”, 10-3/4”, 11-3/4”, 16”, 28-
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 (2)支撑内压力
对于技术套管非全掏空的情况,支撑内压力
的计算式为
Pib 0
(0≤H≤HL)
P ib0 .00n(9 H 8 H L) (HL<H≤HB)
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 (3)有效外压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况,需 要按全掏空考虑的技术套管,有效外压力为
如: N-80---->80*1000Psi 但也有个别例外: S-80----->55Kpsi SS-95---->80Kpsi
二、套管强度
采用非API标准有两种情况:
一是套管的尺寸、钢级与壁厚按照API规范,只是在螺纹 连接上采用非API标准的特殊螺纹连接型式,这主要是为 了解决螺纹连接的高密封要求问题;
以关于套管内压力的计算有多种方法,常用方法是:
Pi Ps0.009nH 8
一、套管外载分析与计算
2.内压力 (1)内压力
确定井口内压力的三种方法是: 1)井口防喷装置(防喷器及压井管线等)许用最高压力。 2)套管鞋处附近地层破裂压力所决定的许用井口压力。
P s0.00(9f 8 n)H B
3.轴向拉一力、套管外载分析与计算
一般情况下,套管柱在入井过程中(即下套管过程中) 承受的拉力最大。这时,除了套管柱的自重外,还有 上提下放时的动载、上提时弯曲井段处的阻力、或者 是遇卡上提时多提的拉力等附加拉力。在计算时,一 般只计算套管的自重,将动载、遇卡上提多提的拉力 等附加拉力用设计安全系数考虑,或以其它方式考虑。
二、套管强度
(a)
(b)
(c)
图7-6 API螺纹连接示意图
(a)圆螺纹连接 (b)梯形螺纹连接 (c)直连型螺纹连接
பைடு நூலகம்
(4)套管钢级二、套管强度
API钢级有10种:H,J,K,N,C,L,P,Q,X.
非标准的钢级,也较广泛使用,如NKK,S,SS,V 等。
API规定钢级代号后面的数字乘以
1000PSi(6894.8Pa)即为该钢材的最小屈服强度。
3)下部高压油气喷出时可能出现的井口内压力。
一、套管外载分析与计算
对于油层套管,分油井与气井采用不同的计算方法。 以下是关于油层套管内压力的计算方法之一 。
对于油井,认为采油初期,产层压力较高,井口有内压力作
用于套管,套管的内压力为井口内压力与原油的液柱压力之
和(式中括号项即为井口内压力)
P i (P p 0 .00o H 9 B ) 8 0 .00o H 98
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 有效外压力:
PoePo Pib
式中 Poe——有效外压力; Po——外压力; Pib——支撑内压力。
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力
有效外压力:
表层套管:井漏造成全掏空 技术套管:井漏发生,但不可能造成发生全漏空的情况,
因此技术套管的下部还有支撑内压力作用 油层套管:一般在采油后期产层压力降得很低的时候产
➢而对于油层套管,油井和气井的情况不一样,要根据采油、
一、套管外载分析与计算
径向内压力: 管内流体压力 压裂作业等增
产措施时的压力
一、套管外载分析与计算
2.内压力 (1)内压力
对于表层套管和技术套管,当在下一井段钻进过程中 发生井涌而进行压井时,套管的内压力为井口内压力 与管内流体(钻井液与涌入流体——气、水、油或混 合物)的液柱压力之和。由于井涌情况的多样性,所
套管强度校核全解
序言
套管柱的主要功 对套管的要求
能 抗挤
圆度 壁厚均匀性 抗腐蚀
抗拉
最小的流动阻力
抗内压
良好的上扣性能及重复互 换性能
密封
耐磨(硬度指标)
序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成
原因: 套管受到各种类型外力作用,须具有一定强度。 外载大小、类型不同,所需的强度要求也不同, 须有一系列不同尺寸、不同强度的套管。即套管 系列。
序言
套管柱的类型 表层套管 技术套管(中间套管) 生产套管(油层套管) 尾管(技术尾管、生产尾管) 回接套管
一、套管外载分析与计算
1、静载 特点:长期作用、联合作用在套管上。 类型:
轴向拉力 径向外挤压力 径向内压力 弯曲附加拉力 温差应力
一、套管外载分析与计算
2、动载
特点:瞬时地、单一地作用在套管上。
2.内压力 一、套管外载分析与计算
套管柱所受的内压力主要来自于钻井液、地层流体 (油、气、水)压力以及特殊作业(如压井、酸化 压裂、挤水泥等)时所施加的压力。与外挤压力类 似,对内压力也是分析计算危险工况时的有效内压 力。有效内压力为
Pie = Pi - Pob
➢对于表层套管和技术套管,如果在下一井段钻进过程中发 生井涌而进行压井时,套管柱所受的有效内压力最大。
形成裂缝损坏,由于API套管的连接强度
没有考虑弯曲应力,所以设计时应从套管
的连接强度中D扣除E弯曲效应的影响。
Z(-)
max
Tb d
2 180L106
A
Z(+)
二、套管强度
对所用套管系列的统一规定,叫套管规范。 规定了套管生产的尺寸、钢级、壁厚、连 接方式等;
目前一般使用的美国API套管规范。其规定 的有关性能主要有:套管尺寸、套管壁厚、 螺纹类型与套管钢级
二、套管强度
套管强度系列:
扣型
强度
套管
外径1 外径2 …...
钢级 …...
壁厚 …...
…...
…...
强度系列
二、套管强度
2、套管强度 (2)轴向拉力作用下套管的失效形式
一、套管外载分析与计算
考虑浮力后的轴向力分布
(台阶力法)
T
H
一、套管外载分析与计算
图7-5 套管轴向拉力沿井深分布示意图
1-不考虑浮力
2-考虑浮力
很显然,套管柱自重所产生的轴向拉力的分
4.弯曲附加一拉、力套管外载分析与计算
如果井眼存在较大的井斜变化或狗腿
时,由于套管弯曲效应的影响将增大套管
的拉力负荷,特别是在靠近丝扣啮合处易
一、套管外载分析与计算
1.径向外挤压力
HL
(2)支撑内压力
Hn
漏失面深度确定:假设下一次钻进 钻至下一层套管的下入深度(下一 井段的目的井深)时发生井漏,并
盐 水
钻井液
假设漏失层的孔隙压力为地层盐水
(H n 柱失 压面H 力深L), 度n 根 为 据 :H 压n力s平w衡关系可H得L漏Hn(1snw)
对于气井,井口也有内压力作用于套管。当考虑气体自重及
其压缩性后,套管内任意深度处的内压力为(式中令井深Z
为零即得井口内压力)
PP/e1.111 5 04(HBH)
i
p
一、套管外载分析与计算
2.内压力
(2)支撑外压力
在无水泥段,因钻井液降解及固相沉降,其液柱压力 可能降低
对水泥封固段,可能水泥环并不完整,地层压力可能 作用于管柱上,按盐水柱计算支撑外压力可能比实际 外压力偏小,但可使有效内压力偏大而使管柱趋于安
对于表(层a)套管或技术套管,有效(内b压) 力是井口最小,井底(最c)大; 对于油层套管,有图效7-内4 压有力效是内井压力口对最比大示,意井图底最小。可见,不同 类型(的a)井表、层不或技同术类套型管的套(管b),油所井油受层外套载管是不(c一)样气的井油。层套管
现方场法有(时即1还假—采设—内用从压直井力接口用到2—井井—口底支压有撑力效外压内Ps力作压为力3整—均—个为有套P效s管)内柱。压有从力效图内可压见力,的对
生最大有效外压力(开发后期可能抽油或气举采油), 因为这时套管内的内压力会降得很低。若近似认为内压 力为零,则其受载情况与表层套管类似,即为全掏空。
一、套管外载分析与计算
1.外挤压力 (1)外压力
在水泥面(环空内水泥的顶面)以上应按钻井液液柱 压力计算
对于水泥封固段,当发生上述最大有效外压力时,管 外环空中的水泥已经凝固,水泥环(水泥浆在环空内 凝固后的环状水泥石称为水泥环)应有助于套管承受
相关文档
最新文档